基普·S·索恩(1940年6月1日-),
美国理论物理学家,出生于
犹他州洛根。他毕业于普林斯顿大学,曾任
加州理工学院理查德·费曼理论物理学教授。索恩主要贡献在
引力物理和
天体物理学领域,与
英国物理学家
斯蒂芬·霍金、美国天文学家、科普作家、
科幻小说作家
卡尔·萨根保持长期好友和同事关系。1966年至1967年,索恩在加州理工学院物理系担任研究员。1981年至1991年,他在加州理工学院担任小威廉·凯南教授。索恩与
莱纳·魏斯和
巴里·巴里什共同荣获2017年
诺贝尔物理学奖,以表彰他们在LIGO探测器及
引力波观测方面的决定性贡献,为引力波探测奠定了理论基础,开创了数据分析研究方向。索恩还参与了
克里斯托弗·诺兰执导的电影《
星际穿越》的科学研究和科学顾问工作。1999年,索恩当选为
俄罗斯科学院外籍院士;同年,他当选为美国哲学学会会士。2009年,索恩成为
加州理工学院理查德·费曼理论物理学荣誉教授。
人物经历
索恩出生在美国
犹他州的洛根(Logan),父母都是
犹他州立大学的教授:父亲维恩·索恩(D. Wynne Thorne)是土壤化学家,母亲艾莉森·索恩(Allsion C. Thorne)是经济学家。同在学术氛围浓郁的环境中成长,他的四名兄弟姐妹当中有两人也成为了教授。索恩的父母是
耶稣基督后期圣徒教会(摩门教)的成员,他在摩门教信仰中长大,尽管他现在自称为无神论者。索恩曾表示:“我的很多优秀同事都非常虔诚,相信
雅威……科学和宗教之间并没有根本的不相容。我碰巧不相信上帝。”
索恩年轻时就在学术领域取得了非凡的成就,他在三十岁时成为了
加州理工学院历史上最年轻的正教授之一。他于1962年获得加州理工学院的
学士,而在1965年就获得了
普林斯顿大学的博士学位。在著名的物理学家
约翰·惠勒的指导下,索恩完成了名为《圆柱系统的几何动力学》(Geometrodynamics of Cylindrical Systems)的
博士论文。1967年索恩回到加州理工学院并成为了一名副教授,其后在1970年获得教授职位,1981年起担任威廉·科南(William R Kenan, Jr.)教授,自1991年起担任
理查德·费曼理论物理学教授。他曾是
犹他大学的兼职教授(1971-1998年),
康奈尔大学的安德鲁·D·怀特大教授(1986-1992年)。2009年6月,他辞去了费曼教授职位,开始从事写作和电影制作事业。他的第一个电影项目是《
星际穿越》,他与
克里斯托弗·诺兰和
乔纳森·诺兰合作。
多年来索恩一直扮演着众多前沿理论学者的导师和论文指导者的角色,这些人目前都活跃在
广义相对论的观测、实验和
天体物理学等领域。到目前为止,出自索恩门下的
加州理工学院物理博士毕业生大约有五十名左右。
索恩善于向他人展示在
引力物理和天体物理学领域的一些发现的令人兴奋并且重要之处,不仅是面向学术界,同时也能够让大众了解。1999年,索恩
预言在二十一世纪人类将能够对下面一些未解决的问题做出回答:
是否存在这样一个“
宇宙的黑暗面”,其中遍布诸如黑洞一样的
暗物质天体?我们能否通过时空的扰动,即
引力波,来观测宇宙的诞生和黑暗面等未知领域?21世纪的技术能否观测到像人类尺寸大小物体的量子行为?
美国的PBS
中央电视台音乐频道和
英国的
英国广播公司电视网都播放过索恩关于黑洞、引力波、
相对论、时间旅行以及
虫洞等主题的公众演讲节目。
索恩于1960年和第一任妻子琳达·简·彼得森(Linda Jean Peterson)结婚并有两个孩子,后来于1970年离婚。1984年和第二任妻子,
南加州大学的运动机能学和物理疗法教授卡罗莉·乔伊斯·温斯坦(Carolee Joyce Winstein)结婚。
2016年9月27日晚,
邵逸夫奖2016年度颁奖礼在
香港特别行政区举行。基普·S·索恩、雷纳·韦斯、罗奈尔特·德雷弗获得
邵逸夫天文学奖,以表彰他们对“激光干涉仪重力波观测站”(LIGO)的构思和设计。LIGO最近首次直接观测到重力波,为天文探索开创了一个新方法,而它首先侦测到的非凡事例,是两个星级质量的黑洞合并。
个人生活
家庭背景
基普·索恩的父亲韦恩·索恩和母亲艾莉森·索恩都是大学教授。
婚姻家庭
基普·索恩于1960年9月12日与琳达·简·彼得森结婚,1977年7月离婚,1984年7月7日与卡洛丽·乔伊斯·温斯坦结婚,他育有两个孩子卡雷斯·安妮、布雷特·卡特。
研究领域
索恩的研究方向主要为
相对论天体物理学和引力物理,着重于对相对论性星体和黑洞,特别是
引力波的研究。对于公众而言,索恩最著名且富有争议的理论可能就是他关于
虫洞或许能够作为时间旅行工具的假说。不过,索恩真正的科学贡献其实涵盖了
广义相对论里以时空和
引力本性为中心的几乎全部的话题。
引力波和LIGO在当今世界上研究引力波的众多物理学家当中,索恩被认为是权威之一。他的工作主要包括对引力
波形的预测和引力波的探测。索恩是激光干涉引力波天文台(LIGO)的主要发起者:1984年索恩与其他人合作创建了LIGO计划,这成为了
美国国家科学基金会投资的最大项目。LIGO运用
激光干涉的方法测量微小的长度变化,这些长度变化则来自
引力波引起的时空扰动。索恩不仅开创了计算
干涉仪对引力波信号响应的数学方法,他还为LIGO一些实验中不能实现的特色执行了工程设计上的分析工作,并对数据分析的算法给出了建议。长久以来,索恩给予了LIGO尽可能多的理论支持,包括指明了LIGO所要探测的目标波源,设计了光束管道中用来控制散射光的反射板。他还和
莫斯科的弗拉基米尔·布拉金斯基的研究小组合作研究开发了用于新一代引力波探测器的量子非破坏性测量(QND)器件设计,并提出了降低影响引力波探测器的主要噪声之一,即热弹性噪声的数种解决方案。索恩还和
新墨西哥大学的卡尔顿·卡维斯一起开发了用于
谐振子正交幅度的量子非破坏性测量的非干扰(back-action、evasion)逼近技术,这种技术可以有效应用于
引力波探测和
量子光学中。
黑洞宇宙学、
虫洞和时间旅行、
相对论性星体、多
极子和其它。
主要成果
科研成就
基普·索恩和他的研究小组自20世纪60年代末至80年代初,深入探索了引力波和引力辐射反应的理论,并开发了相关技术以计算引力波的产生。70年代早期,他们开始设想
引力波天文学的前景,包括探测频带、分析频带来源以及从引力波中提取信息。自70年代中期至80年代,索恩与
布拉金斯基、德雷弗和韦斯合作,共同开发
引力波探测的技术思路和计划。1984年,他们共同创立了
激光干涉仪引力波观测项目(LIGO)。从80年代开始,索恩团队为LIGO提供了理论支持,包括确定引力波源、设计数据分析技术、控制散射光和其他噪声源等。21世纪初,索恩与
查尔斯·林德布洛姆发起了一项在
超级计算机上模拟黑洞碰撞的研究,旨在了解黑洞碰撞产生的时空结构中的“风暴”及其产生的引力波。2015年,当黑洞碰撞产生的引力波被发现时,这标志着LIGO实验工作、SXS和其他碰撞
计算机模拟的研究达到了高潮。
基普·索恩与卡尔顿·凯夫斯共同发明了反作用力规避方法,该方法用于
谐波振子
正交振幅的量子非破坏测量,现广泛应用于
引力波探测、
量子光学和
纳米技术。他与克利福德·威尔及其他学生合作,为
相对论引力理论的实验测试提供了理论基础,克利福德·威尔等人在此基础上进行了后续研究。索恩与安娜·齐特科共同预测了
中子星为核心的
红超巨星的存在,即“索恩-齐特科
天体”。与伊戈尔·诺维科夫和唐·佩奇共同研究,他们发展了关于黑洞周围薄
吸积盘的
广义相对论理论,并据此推断出黑洞在质量加倍时
自旋的极限。索恩与詹姆斯·哈特尔一起从广义相对论中推导出了黑洞和其他相对论天体的运动定律。1972年,索恩提出了环猜想,该猜想得到了广泛的理论和
计算机模拟支持,但仍需确凿证据。索恩与学生和同事进一步发展了黑洞的膜
范式,并阐明了黑洞为某些天体提供动力的机制。索恩与Wojciech Zurek共同证明了黑洞的与其形成方式的
对数关系。与Sung-Won Kim合作,索恩发现了阻止时空发展成封闭类时曲线的物理机制。与
马克·麦克莫里斯和Ulvi Yurtsever合作,他们证明了可穿越的洛伦兹虫洞存在于特定时空结构中,并由具有负重整化能量的
量子态贯穿。这一发现引发了关于量子场扩展负能量能力的研究。
自2009年从
加州理工学院理查德·费曼教授职位退休以来,基普·索恩与十位年轻物理学家共同研发了
可视化时空曲率的工具。这些工具包括框架-拖曳
涡旋线和
潮汐张力线,前者模拟了控制空间扭曲的
引力线,类似于
磁场线;后者则模拟了控制空间拉伸和挤压的引力线,类似于电场线。通过与SXS团队的数值模拟相结合,索恩及其同事正在深入研究旋转黑洞碰撞时所产生的弯曲时空的非线性动力学。
根据AMiner平台2023年12月的数据统计,基普·索恩在多个知名
学术期刊上发表了超过300篇论文,其中包括《Nature(自然)》、《Science(科学)》、《American Journal of Physics(美国物理学杂志)》、《Reviews of Modern Physics(现代物理学评论)》、《The Astrophysical Journal(
天体物理学杂志)》、《Physical Review Letters(物理评论快报)》、《Monthly Notices of the Royal Astronomical Society(皇家天文学会月刊)》以及《Classical and Quantum Gravity(经典引力与
量子引力)》等。这些论文被引用次数总计超过30900次,H-Index:69。
获奖记录
社会任职
人物评价
他(基普·索恩)对科学做出了广泛的贡献(For his contributions to science more broadly)。(
加州理工学院评)
基普·索恩作为一名研究生给人留下了深刻的印象——他正在走向伟大的事业(Kip was very impressive as a graduate student — you could tell he was headed for great things)。(
普林斯顿大学阿尔伯特·爱因斯坦科学荣誉教授
詹姆斯·皮布尔斯评)
基普·索恩是
引力物理和
天体物理学领域最有影响力的理论物理学家之一。(
人民邮电出版社评)
外部链接